Насосы С11АЭ,11МТ,11ТС / 11-МТ / 2.Ксерокопии книг / 03.Книга.ГЦН_АЭС

К недостаткам следует отнести большую консоль рабочего колеса (около 1,6 м) и вызванное этим увеличение диаметра вала (325 мм в области уплотнения). Увеличение уплотняемого диаметра, в свою очередь, требует разработки нового уплотнения вала, и, как следствие, растет осевое усилие, воспринимаемое осевым подшипником (500 кН при давлении в корпусе 7,2 МПа у неработающего насоса и 200 кН — у работающего). Очевидно, при данной компоновочной схеме целесообразно изготавливать агрегат на одном предприятии.

Наиболее интересным представляется четвертый вариант (рис. 8.5), в котором подшипники 5, 7 агрегата работают на воде и объединены в отдельный блок, который можно извлекать из насоса без разуплотнения главного разъема. Пары трения подшипников охлаждаются встроенным холодильником, поддерживающим их температуру на приемлемом уровне (около 90° С). В месте сопряжения с крышкой горловина сужена для уменьшения подвода тепла от проточной части к подшипникам [4].

Основной технической проблемой при разработке этого варианта было создание высоконагруженного осевого подшипника, работающего на водяной смазке. Такой подшипник грузоподъемностью 400 кН (см. рис. 3.28) был спроектирован, изготовлен и испытан на стенде.

Уплотнение вала, принципиально не отличающееся от серийного, расположено выше блока подшипников, следовательно, облегчается его обслуживание. ГЦН не имеет систем смазки и питания ГСП, что упрощает его эксплуатацию, повышает надежность и экономичность.

Как известно, одним из путей повышения надежности АЭС является увеличение количества ГЦН (остановка одного из ГЦН в этом случае приводит к относительно небольшому снижению мощности реактора). В этой связи заслуживает внимания еще один вариант ГЦН для АЭС с кипящим реактором [5]. Насос (рис. 8.6) имеет подачу 2700 м3/ч и состоит из корпуса 1, выемной части 3 и двухскоростного приводного электродвигателя 8. Корпус — кованосварной со сферическим днищем. На посадочных местах корпуса под выемную часть выполнена антикоррозийная наплавка. Элементы проточной части — традиционные, в виде центробежного рабочего колеса и лопаточного направляющего аппарата. Вал насоса вращается в радиальных ГДП. Осевое усилие воспринимается колодочной двухсторонней упорной пятой с выравнивающим устройством в виде комплекта рессор постоянной жесткости. Пары трения радиальных подшипников — высокотвердая наплавка по силицированному графиту, упорной пяты — силицированный графит по силицированному графиту.

332

Рис. 8.5. Схема ГЦН с блоком подшипников для реактора РБМК-1500:

Рис. 8.6. Схема ГЦН для АЭС с кипящим реактором:

В ГЦН предусмотрен автономный циркуляционный контур для поддержания необходимого температурного режима в районе подшипниковых узлов и главного разъема. Контур включает в себя вспомогательное рабочее колесо 2, закрепленное на валу насоса, и холодильник 4. Для осуществления направленного движения охлаждающей воды полость холодильника ограждена кожухом так, что между кожухом и внутренней стенкой выемной части образована застойная зоны, уменьшающая теплоотвод от более

333

горячих частей корпуса к главному разъему. Вода к подшипникам после холодильника поступает по каналам и сверлениям в обечайке. Слив после подшипников на всасывание вспомогательного колеса осуществляется по каналам в гидродинамических подшипниках. Для уменьшения отвода тепла от деталей проточной части полость автономного контура отсечена температурным барьером, представляющим собой два экрана, собранных из тонких колец пластин и образующих застойные зоны.

Торцовое уплотнение 10 блочной конструкции — двухступенчатое (с рабочей и резервной ступенями), со встроенным холодильником. Оно не имеет специальной системы запирающей воды, а питается от станционных подпиточных турбонасосов. Питательная вода (около 1 м3/ч) подается под нижнюю (рабочую) ступень, протечки через которую (не более 0,8 м3/ч) под давлением 0,05—1,0 МПа сливаются в специальную емкость. Протечки через резервную ступень (не более 0,025 м3/ч) отводятся в линию свободного слива.

Выемная часть уплотняется в корпусе с помощью круглой никелевой прокладки 5. Все детали ГЦН выполнены из нержавеющей аустенитной стали.

Сокращение капитальных затрат, связанных с большим объемом вспомогательных помещений, занятых ГЦН (около 50 тыс. м3 в реакторе РБМК [6]), и расходов на собственные нужды насосным оборудованием (ГЦН реактора РБМК потребляют около 30 МВт электроэнергии) можно получить, в частности, за счет применения паротурбинных агрегатов (ПТНА). В этом случае пар после сепаратора поступает непосредственно на турбопривод ПТНА, а затем уже в паропровод. Благодаря своей компактности и небольшой металлоемкости ПТНА (рис. 8.7) выгодно отличаются от электронасосов.

Еще больший экономический эффект ожидается от применения струйных термонасосов, которые по принципу действия можно отнести к объемным. При определенном соотношении расходов питательной и насыщенной воды термонасос способен развивать напор, равный разности питательной и контурной воды. Сказанное можно проследить по диаграмме на рис. 8.8 [6]. Горячая вода, расширяясь в двухфазную область при давлении в точке 2, под действием перепада энтальпий приобретает некую кинетическую энергию. К паровой смеси в точке 2 подводится холодная питательная вода, получившая ускорение в сопловом аппарате (точки 5, 6) под действием перепада давления

(давление в точке 6 приблизительно равно давлению в точке 2 ). Образующаяся смесь после торможения потока в точке 4 имеет давление, намного превышающее давление

В действительности давление в сопловом аппарате может быть равным или меньшим, чем в самом реакторе.

334

насыщенной воды на входе в термонасос. Суммарное сопротивление контура не должно превышать разности давлений холодной питательной и горячей воды. Эффективность термонасоса зависит от постоянства расхода насыщенной воды при данном давлении (температуре) и не зависит от глубины сепарации воды от пара. Конструкция термонасоса проста, он имеет малую массу и габаритные размеры и, что ценно, в нем отсутствуют подвижные детали (рис. 8.9). Насос можно встроить в любую опускную трубу. Основные характеристики термонасосов приведены в табл. 8.1.

Термонасос не потребляет никакой дополнительной энергии, поэтому он может рассматриваться как интенсификатор естественной циркуляции. Применение термонасосов требует тщательной проработки компоновочных решений, выявления возможности увеличения паросодержания теплоносителя на выходе из активной зоны, снижения температуры питательной воды до 165° С для обеспечения необходимого температурного напора.

АЭС с реактором ВВЭР-1000. Для некипящих реакторов, работающих с водой под давлением, характерна более высокая подача при относительно малом напоре. Из расчетов следует, что при подаче 20 000—30 000 м3/ч (именно такая подача ГЦН современных и перспективных реакторов ВВЭР) частоте вращения 3000 об/мин соответствует насос осевого типа. С увеличением частоты вращения вала ГЦН значительно снижаются размеры и масса агрегата, а следовательно, и стоимость изготовления ГЦН. На рис. 8.10 и в табл. 8.2 приведены размеры основных элементов ГЦН на различные частоты вращения, а также массы их корпусов применительно к параметрам реактора ВВЭР-1000 [7, 8].

По оценочным данным, стоимость ГЦН осевого типа может быть в 2—2,5 раза ниже стоимости центробежного ГЦН, а уменьшение размеров деталей насоса значительно облегчает их промышленное изготовление. Вместе с тем нельзя недооценивать трудностей, неизбежных при разработке ГЦН этого типа. Насколько сложна проблема создания осевых ГЦН, показывает опыт работы западногерманской фирмы KSB со встроенными осевыми насосами с уплотнением вала на подачу 6120 м3/ч и напор 27,6 м для реакторов BWR. При разработке и конструировании этих ГЦН применяли только проверенные элементы конструкции, и особое внимание уделялось тому, чтобы комбинации элементов конструкции ГЦН также имели бы проверенный необходимыми

336

Рис. 8.10. Схема проточной части ГЦН различных типов на параметры реактора ВВЭР-1000:

а — центробежный насос; б — осевой насос; в, г — полуосевые насосы

Таблица 8.2

испытаниями образец [9]. Несмотря на столь продуманный подход, осевые ГЦН позднее были вновь усовершенствованы в целях повышения надежности, упрощения монтажа и технического обслуживания [10].

Проработки осевых насосов для ВВЭР можно вести по нескольким направлениям Рассмотрим три из них. Эти конструкции имеют унифицированную проточную часть (коэффициенты быстроходности ns = 885) и отличаются исполнением верхнего и выполненным в его ступице. Верхний радиальный ГСП питается охлажденной контурной водой от импеллера, выполненного заодно с пятой 7. В подшипниках применима пара

337

трения сталь по стали. Осевая сила воспринимается двухсторонним гидростатическим осевым подшипником, работающим на охлажденном теплоносителе. Элементы, образующие пары трения, изготовлены из силицированного графита. Самоустанавливающиеся колодки снабжены ребрами качания и опираются на рессоры. Для снятия тепла, выделяющегося в осевом и верхнем радиальном ГСП, в корпусе ГЦН встроен трубчатый холодильник 6. Поток воды из пяты-импеллера сначала попадает на осевой подшипник, затем в верхний радиальный ГСП, после чего, проходя через трубчатый холодильник, охлаждается, поступает в зазор между валом и корпусом ГЦН, снимает тепло с вала и вновь попадает в пяту-импеллер. Такая система циркуляции позволяет поддерживать постоянной температуру (примерно 70° С) в полости пяты, предохраняя тем самым уплотнение вала от воздействия высокой температуры со стороны проточной части ГЦН. Между полостью пяты и проточной частью расположен тепловой барьер, представляющий собой каналы, засверленные в корпусе ГЦН. Через трубчатый холодильник 6 теплового барьера циркулирует вода промежуточного контура, имеющая на входе температуру примерно 45° С. В верхней части ГЦН размещено уплотнение вала, представляющее собой блок из трех пар торцовых уплотнений, работающих на холодной запирающей воде. Первая ступень предотвращает протечки запирающей воды в контур с перепадом давления на нем около 2 МПа, вторая ступень предотвращает протечки в атмосферу и работает под полным давлением запирающей воды, а третья ступень является резервной и автоматически включается в работу в случае выхода из строя второй ступени уплотнения.

На рис. 8.12 представлен вариант конструкции ГЦН с нижним радиальным дроссельным ГСП, верхним радиально-осевым масляным подшипниковым узлом и уплотнением вала, работающим на контурной воде. Для обеспечения необходимой грузоподъемности подшипника, как и в предыдущем варианте, предусмотрен винтовой насос для его питания.

Вода подается в ГСП последовательно с напора осевого колеса и винтового насоса в зазор между валом и кожухом, а затем по каналам в направляющем аппарате через дроссели в рабочие камеры ГСП, после которых сливается на всасывание рабочего колеса через специальные каналы в его ступице. Верхний радиальный 8 и осевой подшипники насоса работают на масле и скомпонованы в отдельный съемный блок. Втулка радиального подшипника изготавливается из углеродистой стали с наплавкой поверхности трения баббитом Б-83. На валу ГЦН устанавливается ответная сменная втулка из стали 40. Пята зафиксирована на валу коническими кольцами и шпонками. Осевой подшипник аналогичен осевому подшипнику предыдущего ГЦН и может иметь

339